毫克级突破！icIEF-Orbitrap联用技术助力生物制药质控升级

~遵循电荷异构体检测法规 引领精准检测技术新趋势~

近年来，蛋白类生物药受到越来越多的关注和重视，2023年美国FDA批准的新药和生物制品名单中有24种蛋白药物^[1]。抗体类蛋白药物在生产、储存和运输过程中发生的潜在变化，可能会导致产品中发生分子量、氨基酸残基的修饰、糖型等非均一性从而导致产生对应的电荷异构体。根据ICH Q6B的规定，生物制药需要对电荷异构体这种产品相关物质和产品相关杂质进行质量控制，以确保产品的安全性、有效性和一致性，满足各国药品监管机构的要求。

在电荷异构体的分析检测中，全柱成像毛细管等电聚焦（icIEF）是一种不可或缺的分析手段，也是目前产品放行的法定方法。在2020版中国药典《人用重组单克隆抗体制品总论》和2025版中国药典公示稿《3129 单抗电荷变异体测定法》通则中都收录了icIEF作为电荷异构体检测的药典标准方法。AES(艾易尔斯生物)作为行业内唯一能够提供从载体两性电解质、卡柱、pI 标记物到分析型、制备型和质谱在线联机的icIEF全方面解决方案的供应商，与赛默飞强强联手共同推出icIEF-Orbitrap的联用分析解决方案，并与国内外生物制药客户合作发表系列研究成果，引领行业的发展^[2-11]。

CEInfinite全柱成像毛细管等电聚焦电泳与Orbitrap Exploris系列超高分辨液质联用仪

~应对电荷异构体分析三大难题 提升生物制药质控需求~

随着监管要求的提高，药物研发阶段和某些生产控制阶段需要制备毫克级电荷异构体，以便用于肽图分析、修饰位点确定和效力测定。然而，现有的icIEF技术在制备效率低、难以获得毫克级电荷异构体和制备重现性不佳方面存在行业难题。针对这些痛点，赛默飞与AES合作带来了创新解决方案。

● 应对挑战一：攻克毫克级电荷异构体制备挑战，引领制备技术新突破

AES的CEInfinite平台的制备型icIEF功能，能够在无人值守的情况下实现高效且可重现的馏分收集。每次运行可自动完成足量的馏分收集，满足肽图谱分所需且能够准确定义每个馏分的间隔，实现每天20-30次的高通量操作，能够快速提供大量可重现的样品用于后续在Orbitrap高分辨质谱上完成肽图测试，为新药的快速上市和生产流程的优化提供强有力的支持。

▲ 高重复性：在迁移过程中可以保持峰形，从而确保高重现性

▲ 高分辨率和高纯度：pI差异>0.1 的峰即可分馏制备，纯度可以做到100%

▲ 高产量：制备量高达 8 μg/次，250 μg/天，4天即可获得 1 mg

▲ 减少劳动力：自动化、温控，并尽量减少用户干预

图1: CEInfinite采用压力推动的制备模式，可以实现液相色谱级别的稳定性和重现性

图2: 离线制备 Pembrolizumab 电荷异构体^[5]

图3: 制备获得的Pembrolizumab 电荷异构体的纯度确认^[5]

图4: Pembrolizumab 电荷异构体中氧化修饰的信息汇总^[6]

● 应对挑战二：提升电荷异构体分析的分辨率和灵敏度

除了肽图分析以外，CEInfinite icIEF 与Orbitrap 超高分辨质谱仪联用的优势，包括采用 Denative MS 和Native MS 模式，实现 icIEF-Native MS 以进行各种蛋白药物进行有效分析，这种集成解决方案不仅提升了蛋白质电荷异构体分析的分辨率和灵敏度，还确保了操作的高效性和数据的合规性，为生物制药行业提供了一个先进、可靠的分析平台^[10]。

▲ 高分辨率、高灵敏度的质谱分析：Orbitrap具有极高的分辨率和灵敏度，使得蛋白质电荷异构体的分离和识别更加精准，能够检测到低丰度的电荷异构体，确保在复杂样品中获得可靠的数据，有助于发现和分析低浓度的蛋白质变体，提升分析的全面性。

▲ Native MS 模式：独一无二的icIEF-Native MS 的模式，能够在保持样品天然状态的情况下进行质谱分析。这对于 ADC药物的电荷异构体表征尤其重要，能够准确地分析复杂生物药物的电荷异构体，为药物开发和质量控制提供了强有力的工具。

▲ 统一管控满足合规要求：变色龙软件可以统一管理 CEInfinite icIEF 和 Orbitrap 的操作，提供强大的数据处理和管理功能，能够有效存储和分析数据，并提供数据审计跟踪，可自动生成合规性文档和记录，满足行业标准和法规要求。

图5: 变色龙同时控制CEInfinite icIEF 和 Orbitrap Exploris 240^[10]

图6: 变色龙支持CEInfinite icIEF 的数据采集和数据处理^[10]

图7: CEInfinite icIEF与Orbitrap联用在线检测NIST mAb^[2]

● 应对挑战三：药物结构复杂性带来的电荷异构体分离挑战

随着蛋白药物从最初单抗已经发展出了抗体偶联药物、小分子偶联药物、多肽偶联药物、抗体寡核苷酸偶联物等各种新颖的药物，这些药物结构的复杂性也给icIEF的分离带来了挑战，而只有得到很好的分离才能进入下一步的制备工作，这里面最核心就是载体两性电解液。

利用AESlyte®的载体两性电解质能够显著提高icIEF方法的分辨率，与传统载体两性电解质相比，AESlyte系列不仅具有更严格的批次间质量控制，还能够在复杂样品中实现更高的基线分辨率。另外通过优化不同的AESlyte组合以及定制化载体两性电解质，CEInfinite平台可以精确分离每个电荷异构体，从而为后续的肽图分析和质量属性研究奠定坚实基础。

▲ >30 个两性电解质覆盖pH 2.5-12.0和>40 个pI标记物从2.85 到 11.20。

▲ 定制的两性电解质可根据要求匹配之前使用其他两性电解质的历史icIEF分析图谱。

▲ 针对复杂蛋白如 ADC、双特异性抗体、融合蛋白、AAV和脂质纳米颗粒进行优化，确保结果可靠且可重复，保证长期稳定的供应。

图8: 现有的载体两性电解质产线图

图9: AESlyte载体两性电解液用于NISTmAb和Etanercept

图10: 现有的 pI 标记物产线

~提升质控需求，助力应对出海挑战~

电荷异构体分析中，icIEF分析方法能满足国内外法规要求，icIEF-Orbitrap联用技术能进一步提升对生物制药的质控水平，生物制药头部跨国企业多家均配备了该套方案，以用于对生物制药中电荷异构体杂质的管控，该方案能进一步引领分析技术水平的提升，帮助国内生物制药企业应对新药出海的挑战，增强竞争力！

参考文献：

1. http://www.phirda.com/artilce_34778.html?cId=1&module=trackingCodeGenerator

2. T. Kwok, et al. Imaged capillary isoelectric focusing tandem high-resolution mass spectrometry using nano electrospray ionization (ESI) for protein heterogeneity characterization. Analytical Biochemistry 2023, 680, 115312. doi: 10.1016/ j.ab.2023.115312

3. W. Fan, et al. Integrating ultra-high-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry and imaged capillary isoelectric focusing for in-depth characterization of complex fusion proteins. Rapid Communicationsin Mass Spectrometry. 2023, 37, e9484. doi: 10.1002/rcm.9484

4. T. Kwok, et al. Fractionation and online mass spectrometry based on imaged capillary isoelectric focusing (icIEF) for characterizing charge heterogeneity of therapeutic antibody. Analytical Methods.2023, 15, 411-418. doi: 10.1039/D2AY01670B

5. Zhang, et al. Imaged capillary isoelectric focusing (icIEF) tandem high resolution mass spectrometry for charged heterogeneity of protein drugs in biopharmaceutical discovery. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2023 224:115178. doi: 10.1016/j.jpba.2022.115178.

6. X. Zhang, et al. In Depth Characterization of mAb Charge Variants with icIEF Fractionation Followed by Peptide Mapping Analysis. ASMS poster,2021, PO66105.

7. G. Wu, et al. Mass Spectrometry-Based Charge Heterogeneity Characterization of Therapeutic mAbs with Imaged Capillary Isoelectric Focusing and Ion-Exchange Chromatography as Separation Techniques. Analytical Chemistry 2023, 95, 2548–2560. doi: 10.1021/acs.analchem.2c05071

8. X. Zhang, et al. Cutting-edge mass spectrometry strategy based on imaged capillary isoelectric focusing (icIEF) technology for characterizing charge heterogeneity of monoclonal antibody. Analytical Biochemistry, 2023, 660, 114961. doi: 10.1016/j.ab.2022.114961

9. Gang Wu, et al. Mass spectrometry study on SARS-CoV-2 recombinant vaccine with comprehensive separation techniques to characterize complex heterogeneity. Analytica Chimica Acta, 2024, 1297, 342348. doi: 10.1016/j.aca.2024.342349.

10. X. Zhang, et al. Imaged capillary isoelectric focusing – Mass Spectrometry (icIEF- MS) online coupling for polatuzumab vedotin charge heterogeneity analysis using native MS. ASMS poster ,2024, PO258

11. 艾易尔斯生物科技公众号文章：文章分享丨为您更新：icIEF领域全新进展